Анизотропия магнитокалорического эффекта монокристаллов соединений 3d- и 4f-металлов в области магнитных фазовых переходов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.11, кандидат физико-математических наук Кошкидько, Юрий Сергеевич

• Кошкидько, Юрий Сергеевич
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Кошкидько, Юрий Сергеевич

Введение.

Глава 1. Магнитокалорический эффект в анизотропных магнетиках.

1.11 Магнитокалорический;эффект.

1.1.1 Магнитокалорический эффект, обусловленный парапроцессом.

1.1.1.1. Магнитный вклад в энтропию и теплоёмкость, обусловленный парапроцессом:---------------.

1.1.2. Магнитокалорический? эффект, обусловленный вращением вектора' намагаиченности ищроцессом; смещением доменных границ*.—.

1.1.3. Магнитокалорический эффект, обусловленный; магнитостриющей и необратимыми процессами ¿ области структурного перехода.

1.2. Магнитные свойства, магнитная анизотропия и: магиитотепловые свойства интерметаллических соединений'ЗЙ и 41>металлов;.

1.2: 1. Магнитные свойства-интерметаллических, соединений 11Со5.

1.2.2 ^Магнитные свойстваинтерметаллическихсоединенийК2Ее 17.

1.2.3. Магнитные свойства-интерметаллических соединений ЩЕенВ!.

1.2:41 Магнитные свойства интерметаллических соединений КРе) 1Т1:.

1.2:5. Магнитные свойства сплавов Еейслера.

1.2.6. Выводы по обзору и постановка задачи исследования.

Глава 2. Методика проведения'эксперимента..•.•.

2.1 . Методика синтеза образцов.

2.2. Методы аттестации образцов и наблюдение доменной структуры. 23;. Измерение теплоемкости.

2.4; Измерение кривых намагничивания.

2.4.1. Измерение кривых намагничивания методом вибрационного магнитометра.

2.4.2. Измерение намагниченности методом СКВ ИД магнитометра.

2.5. Измерение кривых вращающего.момента.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анизотропия магнитокалорического эффекта монокристаллов соединений 3d- и 4f-металлов в области магнитных фазовых переходов»

Магнитокалорический эффект (МКЭ), заключающийся в изменении температуры магнетика при его адиабатическом намагничивании, известен сравнительно давно [1-2]. Вскоре после открытия данное явление нашло свое применение в технологии получения сверхнизких температур [3]. Позднее была показана эффективность применения технологии магнитного охлаждения и при комнатных температурах [4-6]. В последнее время интерес к-исследованию магнитокалорического эффекта (МКЭ) значительно возрос, что обусловлено возможностью создания на его основе нового типа высокоэффективных магнитных холодильников. Сегодня более 15 % от общего мирового электропотребления расходуется на создание искусственного холода. Предварительные оценки показывают, что разрабатываемые магнитные холодильники будут на 30-40 % эффективнее существующих компрессорных холодильников и в 6 раз эффективнее термоэлектрических. Таким образом, технология магнитного охлаждения поможет сэкономить более трети этих затрат [7]. Кроме! того, данные холодильники являются экологические безопасными так как не используют в своей работе фреоны, которые разрушают озоновый слой. Не менее важным обстоятельством является то, что МКЭ широко используется как весьма эффективный инструмент исследований в физике магнитных явлений, позволяющий изучать межподрешеточные взаимодействия, магнитные фазовые переходы и другие физические явления [4-8].

Большинство современных работ, посвященных исследованию МКЭ, направлены на поиск материалов с экстремально высокими значениями МКЭ. В значительной части этих работ МКЭ исследуется в области магнитных фазовых переходов типа порядок - беспорядок. При этом МКЭ, как правило, определяется косвенным методом на основе расчета магнитного вклада в< энтропию из кривых намагничивания или теплоемкости, измеренной в магнитном поле. Данный подход при изучении МКЭ является весьма информативным, так как позволяет определять основные характеристики рабочего тела магнитного холодильного- устройствам Однако, знания величины изменения магнитной энтропии при изотермическом намагничивании зачастую недостаточно, чтобы всесторонне характеризовать магнитокалорический материал. В существующих; прототипах магнитных холодильников , температурам рабочего тела изменяется в течение рабочего цикла; В связи с: этим анализ; изотермического изменения магнитной части энтропии1 : необходимо дополнять прямыми измерениями адиабатического? изменения температуры (АТ^) при; изменении магнитного поля.

Следует также отметить, что до настоящего времени: в-большинстве случаев исследованиям МКЭ выполнялись на поликристаллических образцах. При* исследовании; магнетиков,. обладающих высокой магнитной кристаллографической анизотропией (МКА), это приводит к значительной погрешности из-за значительного вклада в МКЭ процессов вращения вектора намагниченности. .

Анализ имеющихся работ в области МКЭ показывает, что вклад в МКЭ от процессов вращения вектора намагниченности до настоящего времени остается малоизученным. Однако известно* что, наибольшие значения величины МКЭ, обусловленного* вращением вектора намагниченности, должны» наблюдаться? в: материалах, которые обладают наивысшими значениями констант МКА [9-10]. Следует также учесть, что высокие значения МКЭ обнаружены в области магнитных спин-переориентационных фазовых переходов (СПП) [10].

Следовательно, наибольших значений МКЭ, связанного с вращением вектора намагниченности, следует ожидать в интерметаллических соединениях на основе Зё-переходных металлов с 4Г-металлами, обладающих на сегодняшний день наивысшими значениями констант МКА. В связи с вышеизложенным, целью данной работы явилось систематическое исследование анизотропии МКЭ в области магнитных фазовых переходов (МФП) порядок-порядок и порядок-беспорядок в интерметаллических соединениях 3(1- и 4^переходных металлов, обладающих высокими значениями намагниченности и констант МКА.

В качестве объектов исследования были выбраны монокристаллы интерметаллических соединений ЯСо5 (К=Ыс1, Рг, Эу, ТЬ, Но), Ос1(Со1-хСих)5, К2¥&17 (БКМ, Бу, Но, Ег, Ьи, У), ИРецТ! (Я= вс1, ТЬ, Но), К2Ре14В (Ег, Ш), а также сплавы Гейслера №2+хМпх.10а (0,18<х<0,27), обладающие магнитоструктурным переходом и рассматриваемые в настоящее время как возможные материалы для использования в качестве рабочего тела магнитных холодильников.